CN102176512A - 基于双极性三发光层高效稳定磷光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双极性三发光层高效稳定磷光器件。本发明的技术核心是器件的发光层采用具有双极性三发光层结构，通过对发光层厚度的调整以及空穴传输型主体和电子传输型主体的配比获得高效率、高亮度、长寿命磷光器件。本发明采用常规host材料发明了一类与常规量子井器件结构相类似的三发光层器件，该结构中间发光层具有双极性，大大提高了发光效率。该类型器件可以在获得高效率的同时保证长寿命，解决了高效率与长寿命之间的矛盾，与以往报道的量子井器件结构有本质区别，具有较高实用价值。本发明的优点是材料体系简单，同时获得了高效率与长寿命器件，色坐标(CIE)稳定。
Description
技术领域
本发明涉及有机电致发光(EL)器件，及已知的放射有色光的有机电致发光二极管(OLED)。具体涉及一种基于双极性三发光层高效稳定磷光器件。
背景技术
在过去的十几年里，有机电致磷光器件受到业内人士越来越多的关注。磷光有机电致发光二极管(OLED)由于其能够利用三重态和单重态激子，内量子效率在理论上可达到100％，从而引起业内人士的极大关注。为了获得高效有机电致磷光器件降低浓度淬灭和三重态-三重态湮灭，通常将含有重金属磷光发射体掺杂到合适的主体材料中来得到高性能的电致磷光器件，比如M.A.Baldo等[Appl.Phys.Lett.1999，75(1)：4-6.]首次将Ir(ppy)3掺杂到host(基质)材料中，得到器件的最大外量子效率和功率效率分别为8.0％和31lm/W。一个优良的器件不仅表现在高效率、高亮度上，同时还要保证器件的稳定性，这样才更有使用价值。
近几年各种提高器件寿命的器件相继被报道，比如Jae-Wook Kang等[Organic Electronics 9(2008)452460]开发了新host材料TSTC掺杂Ir(ppy)3并以BAlq做空穴阻挡层最大功率效率得到20.6lm/W，最长寿命为160000小时。而对比实验中以CBP掺杂IR(ppy)3并以BAlq做空穴阻挡层最大功率效率得到14.4lm/W，最长寿命为37000小时；CBP掺杂Ir(ppy)3并以BCP做空穴阻挡层最大功率效率得到40lm/W，最长寿命只有1500小时。可见选择CBP为host，BAlq做空穴阻挡层可以得到较长的寿命，但是效率会大幅度降低，而BCP代替BAlq做空穴阻挡层可以得到较高的效率，但是寿命却很短。所以同时得到高效率、长寿命器件仍是值得研究的课题。而且开发新的host(基质)材料并不是件容易的事情，跟常规材料CBP相比在产业上优势不明显。量子井器件结构已被证明可以有效的限定激子和电荷在发光层中，提高了器件的效率。例如Shumei Liu等[Appl.Phys.Lett.97，083304]将(F-BT)2Ir(acac)掺杂到CPB中制备如下量子井器件结构：
(ITO)/NPB(40nm)/[CPB(5nm)EML(2nm)]n/Bphen(50nm)/LiF(0.8nm)/Al，当n＝4时得到最大电流效率为31.5cd/A。Y.Divayana等[Organic Electronics 10(2009)320-325]将红光染料Ir(2-phq)2(acac)掺杂到CBP中制备多重量子井结构：NPB/[Ir(2-phq)2(acac)(x nm)/CBP(5nm)](6cells)/Ir(2-phq)2(acac)(x nm)/BCP/Alq3，得到最大效率为16.2cd/A。以往对量子井器件的研究取得了一定的成果，但是他们开发的量子井器件都没有涉足双极性，而且对器件缺少寿命研究，所涉及的量子井一般都要超过三层，制备工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，通过器件结构的设计，使器件在高效率的同时保证长寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，该器件包括：
a)基材上形成的阳极(1)；
b)在阳极上形成空穴注入层(2)；
c)在空穴注入层上形成空穴传输层(3)；
d)在空穴传输层上形成发光层(11)，用于空穴-电子重组而产生发光；
e)在发光层上形成空穴阻挡层(7)；
f)在空穴阻挡层上形成电子传输层(8)；
g)在电子传输层上形成电子注入层(9)，和
h)在电子注入层上形成阴极(10)。
所述的发光层(11)采用共沉积型双极性三发光层结构。
所述的发光层(11)结构为三发光层叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，EM1(4)、EM2(5)、EM3(6)为主体材料与发光材料共沉积组成，主体材料选择CBP(N，N′-二咔唑-(1，1′-联苯)-4，4′-二胺)、mCP(N，N-二咔唑基-3，5-苯)、TcTa(4，4’4”-三(咔唑-9-基)三苯胺)空穴型基质材料之一和TPBI(1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑2-基)苯)、UGH2(对苯(三苯基硅基)苯)电子型基质材料之一，发光材料选择Ir(pi)3(三(2-苯基嘧啶)铱)、Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)铱)、FIrpic(双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C2)吡啶甲酰合铱)磷光发光材料之一。
发光层(11)为叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM1层(4)，CBP:TPBI:Ir(pi)3共沉积为EM2层(5)，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM3层(6)。
发光层(11)采用共沉积工艺，其中EM2层(5)采用三源共沉积工艺，而且TPBI∶CBP质量比为25-50∶75-50，Ir(pi)3∶CBP质量比为6-8∶94-92。
发光层(11)为叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，各层的厚度为EM1(4)为5-10nm/EM2(5)为20-30nm/EM3(6)为5-10nm。
空穴注入层(2)材料选择2-TNATA(4，4′，4″-(N，N′，N″-(β-奈基)苯胺)三苯胺)，厚度为30-35nm，空穴传输层(3)材料选择NPB(N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-联苯-4，4’-二胺)，厚度为20-25nm，空穴阻挡层(7)材料选择BAlq(双(2-甲基-8-羟基喹琳-N1，08)-(1，1’-联苯-4-羟基)铝)，厚度为25-35nm，电子传输层(8)材料选择Alq3(喹啉铝)，厚度为6-15nm，电子注入层(9)和阴极(10)选择LiF和Al(氟化锂和铝)，厚度分别为1nm和100nm。
本发明采用常规host材料发明了一类与常规量子井器件结构相类似的三发光层器件，该结构中间发光层具有双极性，大大提高了发光效率。该类型器件可以在获得高效率的同时保证长寿命，解决了高效率与长寿命之间的矛盾，与以往报道的量子井器件结构有本质区别，具有较高实用价值。本发明的优点是材料体系简单，同时获得了高效率与长寿命器件，色坐标(CIE)稳定。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明制备工艺流程图。
具体实施方式
本发明器件制备所用的材料分子结构式如下所示：
实施例1(比较例)
本发明器件结构如图1所示，本发明工艺流程如图2所示，
基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，该器件包括：
a)基材上形成的阳极1：先将ITO玻璃衬底进行预处理，工艺如下：将ITO玻璃衬底用丙酮、乙醇、去离子水反复擦洗，然后置于丙酮中超声清洗，再换用乙醇、去离子水反复超声清洗多次，然后在真空干燥箱中烘干，最后对清洁干燥的ITO玻璃衬底在氧气氛围下等离子处理10分钟。
b)在阳极上沉积空穴注入层2：空穴注入层2材料选择2-TNATA(4，4′，4″-(N，′，N″-(β-奈基)苯胺)三苯胺)，厚度为30-35nm。
c)在空穴注入层上沉积空穴传输层3：空穴传输层3材料选择NPB(N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-联苯-4，4’-二胺)，厚度为20-25nm。
d)在空穴传输层上依次沉积双极性三发光层11，用于空穴-电子重组而产生发光：发光层11采用共沉积型双极性三发光层结构。
发光层11结构为叠层结构EM1/EM2/EM3，EM1、EM2、EM3为主体材料与发光材料共沉积组成，主体材料选择CBP(N，N’二咔唑-(1，1’-联苯)-4，4′-二胺)、mCP(N，N-二咔唑基-3，5-苯)、TcTa(4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺)等空穴型host材料之一和TPBI(1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)、UGH2(对苯基(三苯基硅基)苯)等电子型host材料之一，发光层材料选择Ir(pi)3(三(2-苯基嘧啶)铱)、Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)铱)、FIrpic(双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C2)吡啶甲酰合铱)等其它磷光发光材料之一，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM1层4，CBP:TPBI:Ir(pi)3共沉积为EM2层5，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM3层6。
发光层为叠层结构EM1/EM2/EM3，各层的厚度为EM1(5-10nm)/EM2(20-30nm)/EM3(5-10nm)。
发光层采用共沉积工艺，其中EM2采用三源共沉积工艺，而且CBP∶TPBI质量比为25-50∶75-50，发光层Ir(pi)3∶CBP质量比为6-8∶94-92。
e)在发光层上沉积空穴阻挡层7：空穴阻挡层7材料选择BAlq(双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1，08)-(1，1’-联苯-4-羟基)铝)，厚度为25-35nm。
f)在空穴阻挡层上沉积电子传输层8：电子传输层8材料选择Alq3(喹啉铝)，厚度为6-15nm。
g)在电子传输层上沉积电子注入层9：电子注入层9材料选择LiF(氟化锂)，厚度为1nm。
h)在电子注入层上沉积阴极10：阴极10材料选择Al(铝)，厚度为100nm。封装，测试。完成真空沉积工艺。
预处理后的ITO玻璃基片按照设计的器件结构进行真空沉积工艺制备如下器件：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶Ir(pi)3(93∶7，35nm，/BAlq(25nm)/Alq3(12nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。以下各实施例中所涉及的单发光层、双发光层或三发光层中发光层的总厚度、Ir(pi)3与基质(host)质量百分比的表示方法与此相同，不再赘述。
实施例2(比较例)
在实施例1器件制备工艺的基础上设计如下器件结构：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶Ir(pi)3(，93∶7，18nm，)/TPBI∶Ir(pi)3(93∶7，7nm，)/TPBI(7nm)/Alq3(25nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。
实施例3(比较例)
在实施例1器件制备工艺的基础上制备如下器件结构：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶TPBI∶Ir(pi)3(70∶23∶7，40nm)/BAlq(35nm)/Alq3(8nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。
实施例4(发明例)
在实施例1器件制备工艺的基础上发明如下器件结构：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶Ir(pi)3(93∶7，5nm)/CBP∶TPBI∶Ir(pi)3(70∶23∶7，25nm)CBP∶Ir(pi)3(93∶7，5nm)/BAlq(35nm)/Alq3(6nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。
实施例5(发明例)
在实施例1器件制备工艺的基础上发明如下器件结构：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶Ir(pi)3(93∶7，5nm)/CBP∶TPBI∶Ir(pi)3(70∶23∶7，30nm)CBP∶Ir(pi)3(93∶7，5nm)/BAlq(25nm)//Alq3(12nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。
实施例6(发明例)
在实施例1器件制备工艺的基础上发明如下器件结构：
ITO/2-TNATA(35nm)/NPB(20nm)/CBP∶Ir(pi))3(93∶7，5nm)/CBP∶TPBI∶Ir(pi)3(70∶23∶7，25nm)CBP∶Ir(pi)3(93∶7，5nm)/BAlq(25nm)/Alq3(15nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)，完成真空沉积工艺。
将制备的器件按照常规方式在H2O、O2含量小于1ppm的N2氛围下封装。
实施例1-6的光电性能、色坐标及寿命测试结果列于下表，结果表明实施例4、5、6都能同时得到高效率、长寿命、色坐标稳定的器件，尤其实施例6器件得到最大亮度效率为40.3cd/A，寿命为30906小时。
Claims (7)
1.基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：该器件包括：
a)基材上形成的阳极(1)；
b)在阳极上形成空穴注入层(2)；
c)在空穴注入层上形成空穴传输层(3)；
d)在空穴传输层上形成发光层(11)，用于空穴-电子重组而产生发光；
e)在发光层上形成空穴阻挡层(7)；
f)在空穴阻挡层上形成电子传输层(8)；
g)在电子传输层上形成电子注入层(9)，和
h)在电子注入层上形成阴极(10)。
2.如权利要求1所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：所述的发光层(11)采用共沉积型双极性三发光层结构。
3.如权利要求1或2所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：所述的发光层(11)结构为三发光层叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，EM1(4)、EML2(5)、EM3(6)为主体材料与发光材料共沉积组成，主体材料选择CBP(N，N′-二咔唑-(1，1′-联苯)-4，4′-二胺)、mCP(N，N-二咔唑基-3，5-苯)、TcTa(4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺)空穴型基质材料之一和TPBI(1，3，5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯)、UGH2(对苯(三苯基硅基)苯)电子型基质材料之一，发光材料选择Ir(pi)3(三(2-苯基嘧啶)铱)、Ir(ppy)3(三(2-苯基吡啶)铱)、FIrpic(双(4，6-二氟苯基吡啶-N，C2)吡啶甲酰合铱)磷光发光材料之一。
4.如权利要求1或2所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：发光层(11)为叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM1层(4)，CBP:TPBI:Ir(pi)3共沉积为EM2层(5)，CBP:Ir(pi)3共沉积为EM3层(6)。
5.如权利要求4所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：发光层(11)采用共沉积工艺，其中EM2层(5)采用三源共沉积工艺，而且TPBI∶CBP质量比为25-50∶75-50，Ir(pi)3∶CBP质量比为6-8∶94-92。
6.如权利要求1或2所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：发光层(11)为叠层结构EM1(4)/EM2(5)/EM3(6)，各层的厚度为EM1(4)为5-10nm/EM2(5)为20-30nm/EM3(6)为5-10nm。
7.如权利要求1所述的基于双极性三发光层高效稳定磷光器件，其特征在于：空穴注入层(2)材料选择2-TNATA(4，4′，4″-(N，N′，N″-(β-奈基)苯胺)三苯胺)，厚度为30-35nm，空穴传输层(3)材料选择NPB(N，N’-二(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-联苯-4，4’-二胺)，厚度为20-25nm，空穴阻挡层(7)材料选择BAlq(双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1，08)-(1，1’-联苯-4-羟基)铝)，厚度为25-35nm，电子传输层(8)材料选择Alq3(喹啉铝)，厚度为6-15nm，电子注入层(9)和阴极(10)选择LiF和Al(氟化锂和铝)，厚度分别为1nm和100nm。
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